ドーパントを有しないアモルファス透明導電性酸化物薄膜の高キャリア移動度化

无掺杂非晶透明导电氧化物薄膜的高载流子迁移率

基本信息

批准号：
14750555
负责人：
森賀俊広
金额：
$ 2.24万
依托单位：
The University of Tokushima
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750555/
关键词：
透明誘電性酸化物対向ターゲット式DCスパッタリング酸化亜鉛酸化インジウム酸化スズアモルファスアニール処理ノンドープ半導体対向ターゲット式 DCスパッタリング透明導電性酸化物酸化亜鉛-酸化インジウム系光学バンドギャップ表面の平滑化

项目摘要

対向ターゲット式DCスパッタリング装置を用いて作製した、ドーパントを有しない(1)酸化亜鉛-酸化インジウム系、(2)酸化亜鉛-酸化スズ系それぞれの透明導電性アモルファス酸化物薄膜の構造と導電特性について検討した。まず(1)の酸化亜鉛-酸化インジウム系アモルファス薄膜は、基本的にはホモロガス化合物Zn_kIn_2O_<k+3>(k=1,2,3)と同じ構造を有しているが、製膜時の基板温度が150℃以下と低いため、基板上に堆積した膜中で原子の再配列が起こらずアモルファスとして存在している。アモルファス薄膜では、インジウムの含有量が多いほどキャリア濃度が大きくなるが、キャリア移動度は組成にほとんど依存しないため抵抗率はインジウムの含有量が多いほど低くなった。アモルファス薄膜を還元雰囲気下400℃で1時間アニール処理すると、ZnIn_2O_4よりもインジウム含有量が大きい膜はアモルファス相が崩壊した。このアニールによって膜表面上の凹凸がなくなりこのアモルファス薄膜の実用化に向けて大きく前進した。次に(2)の酸化亜鉛-酸化スズ系アモルファス薄膜は、アモルファスそれぞれの組成に対応してイルメナイト型ZnSnO_3に近い構造を持つアモルファスから逆スピネル型Zn_2SnO_4に近い構造を持つアモルファスへと変化していることが示唆された。この場合、Snは基本的に6配位で変化しないが、Znは6配位から4および6配位と配位数の減少が起こり、これに伴ってキャリアの生成源である酸素欠損が減少していくため、酸化スズの含有量が多いほどキャリア濃度は大きくなり、抵抗率は低くなった。(1)・(2)のアモルファス薄膜とも、アモルファスの構造を保っている間は組成に依存せず比較的高いキャリア移動度を保っているが、これはSEM等の表面観察でもわかることであるが粒界が組織中た存在しないこと、導電経路と考えられる(1)の稜共有InO_6、(2)の稜共有SnO_6八面体のネットワークが、組成が変化しても大きく変わらないことに起因していると考えられる。

我考虑了使用对向靶型DC溅射装置制备的(1)氧化锌-氧化铟基和(2)氧化锌-氧化锡基透明导电非晶氧化物薄膜(不含掺杂剂)的结构和导电性能。一、氧化锌-氧化铟非晶薄膜(1)与同系化合物Zn_kIn_2O_<k+3>(k=1,2,3)基本具有相同的结构，但由于衬底温度较低，在150°以下C、沉积在基底上的薄膜中的原子不会重新排列并且以非晶态存在。在非晶薄膜中，载流子浓度随着铟含量的增加而增加，但载流子迁移率几乎不依赖于组成，因此电阻率随着铟含量的增加而降低。当非晶薄膜在还原气氛中400℃退火1小时时，铟含量高于ZnIn_2O_4的薄膜中非晶相塌陷。这种退火消除了薄膜表面的不均匀性，为这种非晶薄膜的实际应用取得了巨大进展。接下来，提出了对应于各非晶组成，(2)中的氧化锌-氧化锡非晶薄膜从具有接近钛铁矿型ZnSnO_3的结构的非晶转变为具有接近反尖晶石型Zn_2SnO_4的结构的非晶。在这种情况下，Sn基本上保持在6配位不变，但Zn的配位数从6配位减少到4和6配位，随之而来的是，作为载流子产生源的氧空位减少，因此，氧化锡含量越高，载流子浓度越高，电阻率越低。非晶薄膜(1)和(2)在维持其非晶结构的同时，与组成无关地保持较高的载流子迁移率，这也可以通过使用SEM等的表面观察看到一组晶界。这被认为是由于以下事实：(1)中的共边InO_6和(2)中的共边SnO_6八面体的网络被认为是导电路径，即使当组成改变时也不会显着改变。它将完成。